SSD: ING-IND/32
CFU: 9
Insegnamenti propedeutici (se previsti dall'Ordinamento del CdS)
Fondamenti di circuiti.
Eventuali prerequisiti
Conoscenza di base della magnetostatica, dei circuiti elettrici e dei sistemi trifase; conoscenze di base delle tecniche di risoluzione dei circuiti elettrici in regime sinusoidale/distorto con approccio nel dominio dei fasori e scomposizione dei forzamenti nelle componenti armoniche; conoscenze di base delle tecniche di scomposizione di variabili trifase in componenti omopolari, dirette, inverse e differenziali; conoscenza di base dei dispositivi a semiconduttore (diodi, mosfet, IGBT,…).
Obiettivi formativi
L’obiettivo del corso è fornire allo studente gli elementi necessari alla comprensione delle architetture degli azionamenti elettrici sia a basso livello (ovvero fornendo le conoscenze che consentano allo studente di discernere i componenti dell’azionamento comprendendone il principio di funzionamento) sia ad alto livello (ovvero fornendo le conoscenze che consentano di acquisire dimestichezza con la strategia di controllo del sistema nel suo complesso).
Risultati di apprendimento attesi
Conoscenza e capacità di comprensione
L’insegnamento è finalizzato a fornire le conoscenze necessarie per comprendere le diverse configurazioni degli azionamenti elettrici e contemporaneamente affrontarne le problematiche connesse con il relativo controllo. A valle dell’introduzione delle macchine elettriche statiche e rotanti, verranno definite le architetture dei convertitori di potenza a semiconduttore evidenziano come il controllo del sistema debba essere condizionato all’architettura di conversione. Lo studente deve dimostrare di aver compreso il principio di funzionamento delle macchine elettriche riuscendo anche a sottolineare le differenze caratterizzanti tra le diverse tipologie relazionandole al contempo ai corrispondenti punti di forza. Lo studente dovrà inoltre dimostrare di aver compreso il funzionamento dei convertitori a semiconduttori riuscendo anche ad evidenziare per ogni tipologia i campi di applicazione e le problematiche di rilievo.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente deve dimostrare di essere in grado di stabilire la legge di alimentazione di una macchina elettrica sulla base degli obiettivi di regolazione. Contemporaneamente deve essere in grado di scegliere una struttura di conversione idonea per garantire alla macchina elettrica una alimentazione variabile. Infine deve dimostrare la capacità di configurare un azionamento elettrico e di caratterizzarne opportunamente il controllo.
Programma - Syllabus
- Introduzione alle macchine elettriche
- Componenti delle macchine elettriche
- Circuiti magnetici elementari
- Macchine elettriche: il trasformatore
- Modello matematico
- Caratteristiche del trasformatore monofase
- Dati di targa
- Caduta di tensione
- Rendimento
- Collegamento in parallelo di due trasformatori monofase
- Il trasformatore trifase
- Collegamento degli avvolgimenti
- Gruppo di un trasformatore trifase
- Spostamento del centro stella nei trasformatori trifase
- Macchine elettriche: la macchina asincrona
- Struttura di una macchina elettrica rotante a flusso radiale
- Campo magnetico al traferro sostenuto da un avvolgimento trifase simmetrico
- Distribuzione di forza magnetomotrice al traferro
- Distribuzione di caduta di forza magnetomotrice al traferro
- Distribuzione del campo magnetico al traferro
- Campo magnetico al traferro sostenuto dalle correnti di statore e di rotore
- Flussi concatenati con gli avvolgimenti
- Modello matematico
- Espressione del momento della coppia elettromagnetica
- Caratteristica coppia/velocità a regime
- Regolazione di velocità a regime quasi-stazionario
- Macchine elettriche: la macchina sincrona
- Struttura di una macchina sincrona a poli salienti
- Campo magnetico al traferro sostenuto dall’avvolgimento di eccitazione
- Distribuzione di forza magnetomotrice al traferro
- Distribuzione di caduta di forza magnetomotrice al traferro
- Funzione permeanza al traferro
- Distribuzione del campo magnetico al traferro
- Campo magnetico al traferro risultante
- Flussi concatenati con gli avvolgimenti di statore
- Modello matematico
- Espressione del momento della coppia elettromagnetica
- Coppia di interazione
- Coppia di riluttanza
- Definizione dell’angolo di carico a regime quasi-stazionario
- Stabilità della macchina sincrona
- Regolazione di velocità a regime quasi-stazionario
- Macchine sincrone brushless a magneti permanenti
- Macchine elettriche: la macchina a corrente continua
- Derivazione della macchina a corrente continua dal sincrono a poli salienti
- Modello matematico
- Regolazione di velocità a regime quasi-stazionario
- Il collettore elettromeccanico
- I convertitori elettronici di potenza
- Il tempo di modulazione nei convertitori
- Schematizzazione dei dispositivi a semiconduttore nei convertitori
- Convertitori AC/DC
- Il raddrizzatore monofase a semplice semionda
- Il raddrizzatore monofase a ponte non controllato, total-controllato e semi-controllato
- Il raddrizzatore trifase a ponte non controllato, total-controllato e semi-controllato
- La conduzione discontinua nei convertitori AC/DC
- Convertitori DC/DC
- Il chopper step-down un quadrante, due quadranti e quattro quadranti
- La conduzione discontinua nei convertitori DC/DC
- Convertitori DC/AC
- L’inverter trifase a tensione impressa
- Modulazione con approccio carrier-based
Materiale didattico
Si veda sito web del docente della materia.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
Il docente utilizzerà: a) lezioni frontali per circa il 90% delle ore totali, b) esercitazioni in laboratorio per circa il 10% delle ore totali.
Verifica di apprendimento e criteri di valutazione
Modalità di esame
Modalità di esame:
La prova scritta si articola in prova scritta e orale. In caso di prova scritta i quesiti sono: esercizi numerici.
La prova scritta è rivolta a verificare la capacità dello studente di applicare le conoscenze acquisite al fine di risolvere semplici problemi attinenti ai diversi aspetti della regolazione degli azionamenti elettrici sia per quanto concerne la macchina elettrica (legge di regolazione) sia per quanto concerne il convertitore (legge di modulazione).
Modalità di valutazione:
L’esito della prova scritta non è vincolante ai fini dell’accesso alla prova orale. Le prova scritta contribuisce per il 20% alla valutazione finale.